考研工學(xué)2025年熱工基礎(chǔ)強(qiáng)化試卷（含答案）考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在題后的括號(hào)內(nèi)）1.下列哪個(gè)狀態(tài)參數(shù)是廣延性質(zhì)？（）A.溫度B.壓強(qiáng)C.內(nèi)能D.比容2.理想氣體定容過程中，吸熱量全部用于？（）A.增加內(nèi)能B.增加動(dòng)能C.增加勢(shì)能D.做功3.熵是一個(gè)狀態(tài)參數(shù)，其物理意義是？（）A.表示系統(tǒng)熱量多少B.表示系統(tǒng)做功能力大小C.表示系統(tǒng)混亂程度D.表示系統(tǒng)內(nèi)能大小4.熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述是？（）A.熱量不能自動(dòng)從低溫物體傳到高溫物體B.不可能從單一熱源吸熱并全部轉(zhuǎn)化為功而不產(chǎn)生其他影響C.孤立系統(tǒng)的熵總是增加的D.可逆循環(huán)的熱效率等于卡諾效率5.水在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下沸騰時(shí)的溫度和熵變分別是？（）A.100℃，0B.100℃，大于0C.0℃，0D.0℃，小于06.下列哪個(gè)過程是可逆過程？（）A.熱機(jī)在有限溫差下運(yùn)行B.氣體自由膨脹C.活塞緩慢壓縮氣體D.水在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下等壓沸騰7.導(dǎo)熱過程的本質(zhì)是？（）A.熱量沿著溫度梯度方向傳遞B.分子沿著濃度梯度方向傳遞C.動(dòng)能沿著壓力梯度方向傳遞D.電子沿著電勢(shì)梯度方向傳遞8.自然對(duì)流換熱發(fā)生在？（）A.流體內(nèi)部存在溫度差，且流體被強(qiáng)制流動(dòng)B.流體內(nèi)部存在溫度差，流體流動(dòng)是由于密度差引起的C.流體內(nèi)部不存在溫度差D.流體被外部強(qiáng)制流動(dòng)9.傳熱過程的熱阻是？（）A.表示傳熱速度的快慢B.表示傳熱過程中熱流密度的大小C.表示阻礙熱量傳遞的性質(zhì)D.表示傳熱面積的大小10.輻射換熱的基本定律是？（）A.傅里葉定律B.牛頓冷卻定律C.斯蒂芬-玻爾茲曼定律D.菲克定律二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填在題中的橫線上）1.熱力學(xué)第零定律指出，若兩個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)分別與第三個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)處于熱平衡狀態(tài)，則這兩個(gè)系統(tǒng)也必定處于________狀態(tài)。2.1kg理想氣體從初態(tài)（P?,V?,T?）等溫膨脹到末態(tài)（P?,V?,T?），其內(nèi)能變化為________。3.孤立系統(tǒng)經(jīng)歷一個(gè)不可逆過程，其熵變________0。4.卡諾循環(huán)是由________、________、________和________四個(gè)可逆過程組成的理想循環(huán)。5.導(dǎo)熱的基本定律是________定律，它描述了熱量沿________傳遞的規(guī)律。6.對(duì)流換熱的強(qiáng)度通常用________來衡量，其定義式為α=q/(T_s-T_f)，其中α的單位是________。7.通過一厚度為δ的無限大平壁進(jìn)行穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱，若壁兩側(cè)表面溫度分別為T?和T?(T?>T?)，則導(dǎo)熱熱流密度q的表達(dá)式為q=________。8.黑體的輻射能力與絕對(duì)溫度的四次方成正比，該定律由________提出，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為E=σT?，其中σ是________。三、計(jì)算題（共60分）1.（10分）某剛性絕熱容器內(nèi)裝有1kg空氣，初始?jí)毫?MPa，溫度為300K?，F(xiàn)向容器內(nèi)緩慢加入空氣，直至壓力升高到1.5MPa。設(shè)空氣可視為理想氣體，比熱容C_v=0.718kJ/(kg·K)，過程進(jìn)行得非常緩慢，近似可逆。試求：（1）末態(tài)空氣的溫度T?；（2）過程中空氣吸收的熱量Q；（3）外界對(duì)空氣做的功W。（假設(shè)容器體積不變）2.（15分）一個(gè)可逆熱機(jī)工作在高溫?zé)嵩碩_H=600K和低溫?zé)嵩碩_C=300K之間。若該熱機(jī)在一個(gè)循環(huán)中從高溫?zé)嵩次鼰?000kJ，試求：（1）該熱機(jī)的循環(huán)效率η；（2）該熱機(jī)在一個(gè)循環(huán)中向低溫?zé)嵩捶艧岬牧縌_C；（3）該熱機(jī)在一個(gè)循環(huán)中對(duì)外做的凈功W_net。3.（15分）有一厚度為0.1m的磚墻，其導(dǎo)熱系數(shù)λ=0.7W/(m·K)。墻兩側(cè)表面溫度分別為T?=50℃和T?=20℃。試求：（1）通過該磚墻的導(dǎo)熱熱流密度q；（2）若墻的面積為10m2，則單位時(shí)間內(nèi)通過整面墻的總導(dǎo)熱量Q。（假設(shè)穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱）4.（20分）一個(gè)水平放置的薄金屬板，其一面維持溫度T_s=80℃，另一面暴露在溫度T_∞=20℃的大氣中。金屬板表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)（對(duì)流換熱系數(shù)）α=25W/(m2·K)。若金屬板尺寸為1m×1m，試求：（1）金屬板單位面積的對(duì)流散熱量q_convection；（2）為保持金屬板表面溫度恒定，需對(duì)金屬板表面施加的輻射熱流密度q_rad是多少？（假設(shè)金屬板對(duì)環(huán)境的輻射換熱遵循斯特藩-玻爾茲曼定律，發(fā)射率ε=0.8）四、簡(jiǎn)答題（共20分）1.（10分）簡(jiǎn)要解釋熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述和開爾文表述，并說明它們?cè)诒举|(zhì)上是等效的。2.（10分）分析影響自然對(duì)流換熱的因素有哪些？并簡(jiǎn)述如何增強(qiáng)或削弱自然對(duì)流換熱。---試卷答案一、選擇題1.C2.A3.C4.A5.B6.D7.A8.B9.C10.C二、填空題1.熱平衡2.03.大于4.等溫膨脹，等熵膨脹（或絕熱膨脹），等溫壓縮，等熵壓縮（或絕熱壓縮）5.傅里葉，溫度梯度6.對(duì)流換熱系數(shù)，W/(m2·K)7.(T?-T?)/(λδ)8.斯蒂芬-玻爾茲曼，斯蒂芬-玻爾茲曼常數(shù)（或稱黑體輻射常數(shù)）三、計(jì)算題1.解：（1）過程為定容過程，V?=V?，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程P?V?=mRT?和P?V?=mRT?，可得T?=(P?/P?)*T?=(1.5MPa/1MPa)*300K=450K。（2）定容過程W=0。根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=Q-W，對(duì)于1kg空氣，ΔU=mC_v(T?-T?)=1kg*0.718kJ/(kg·K)*(450K-300K)=103.7kJ。因此Q=ΔU=103.7kJ。（3）W=0。2.解：（1）可逆熱機(jī)循環(huán)效率η=1-T_C/T_H=1-300K/600K=1-0.5=0.5或50%。（2）根據(jù)能量守恒，W_net=Q_H-Q_C。由循環(huán)效率定義η=W_net/Q_H，可得Q_C=Q_H-η*Q_H=Q_H*(1-η)=1000kJ*(1-0.5)=500kJ。（3）W_net=η*Q_H=0.5*1000kJ=500kJ。3.解：（1）根據(jù)傅里葉導(dǎo)熱定律，導(dǎo)熱熱流密度q=λ(T?-T?)/δ=0.7W/(m·K)*(50℃-20℃)/0.1m=0.7W/(m·K)*30K/0.1m=21W/m2。（2）單位時(shí)間內(nèi)通過整面墻的總導(dǎo)熱量Q=q*A=21W/m2*10m2=210W。4.解：（1）根據(jù)對(duì)流換熱公式，單位面積的對(duì)流散熱量q_convection=α(T_s-T_∞)=25W/(m2·K)*(80℃-20℃)=25W/(m2·K)*60K=1500W/m2。（2）單位面積的輻射散熱量q_rad=εσ(T_s?-T_∞?)，其中σ=5.67×10??W/(m2·K?)。T_s=80℃=353.15K，T_∞=20℃=293.15K。T_s?=(353.15K)?≈1.518×101?K?T_∞?=(293.15K)?≈7.348×10?K?T_s?-T_∞?≈1.518×101?K?-7.348×10?K?≈1.383×101?K?q_rad=0.8*5.67×10??W/(m2·K?)*1.383×101?K?≈0.8*5.67*1.383*102W/m2≈624.5W/m2。（注：計(jì)算中T_∞?可近似為7.35×10?K?，則q_rad≈0.8*5.67*1.38*102=626.6W/m2。）四、簡(jiǎn)答題1.答：熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述為：熱量不能自動(dòng)地從低溫物體傳到高溫物體。其開爾文表述為：不可能從單一熱源吸熱并使之完全變?yōu)楣Χ划a(chǎn)生其他影響。兩者等效，都表明自然界中熱傳遞和熱功轉(zhuǎn)換過程具有方向性，并非所有熱現(xiàn)象都能自動(dòng)反向進(jìn)行?？藙谛匏贡硎鰝?cè)重于熱量傳遞的方向性，開爾文表述側(cè)重于熱功轉(zhuǎn)換的限度，兩者都揭示了孤立系統(tǒng)熵增原理的本質(zhì)，即自發(fā)過程總是朝著熵增加的方向進(jìn)行。2.答：影響自然對(duì)流換熱的因素主要有：（1）流體性質(zhì)：如密度、粘度、熱導(dǎo)率、比熱容等。流體的膨脹系數(shù)（與熱膨脹性相關(guān)）和Prandtl數(shù)（動(dòng)粘度與熱擴(kuò)散系數(shù)之比）是影響自然對(duì)流的重要物性參數(shù)。（2）幾何因素：換熱表面的形狀、大小、位置和朝向。例如，豎直表面、水平表面（熱面朝上或朝下）、曲面等，其自然對(duì)流換熱情況不同